СБОРНЫЙ ТОРЦОВЫЙ АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО ШЛИФОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Козлов А.М. (ЛГТУ, г. Липецк, РФ)
In LipetskSTU а many-sided abrasive tool for cylindrical grinding has been developed. Peculiarity of the tool are described. Application of the tool improves the quality of the surface layer.
Для снижения количества теплоты, выделяющейся в зоне контакта абразивного инструмента (АИ) с изделием, в ряде случаев применяют шлифовальные круги с прерывистой рабочей поверхностью. Однако такие круги, вследствие прерывистого, или дискретного, резания вызывают дополнительные вибрации, которые особенно заметны при круглом шлифовании и могут привести к скалыванию кромок рабочих элементов и ухудшению точности обработки.
Другим направлением реализации прерывистого резания является разработка инструмента с аксиально-смещенным режущим слоем [1]. В этом случае сохраняется непрерывный контакт инструмента с заготовкой, а зона контакта «осциллирует» по обрабатываемой поверхности со скоростью, сопоставимой со скоростью резания.
Для прерывистого резания при обработке торцовым АИ, по аналогии с круглым наружным шлифованием периферией круга прямого профиля, можно образовать пазы на рабочей поверхности инструмента. Однако при этом сохраняются все те недостатки, которые характерны для прерывистого шлифования. С целью обеспечения непрерывного контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью, и, в то же время, реализации принципа прерывистого резания, более предпочтительным является метод «бегущего контакта». В этом случае осцилляцию зоны контакта по поверхности детали можно характеризовать как квазипрерывистое резание.
Рабочая поверхность такого инструмента может представлять собой многогранник, имеющий n сторон – рис.1. Такой АИ представляет собой диск, на торцовой поверхности которого закреплены n абразивных элементов [2]. Абразивные элементы, представляющие собой абразивные бруски, которые могут иметь в поперечном сечении различную форму, крепятся в направляющих пайкой, вклеиванием или механически. Направляющие крепятся на диске через систему отверстий. Количество абразивных элементов может быть разным – два, три, четыре и т.д. Увеличение количества элементов приближает форму инструмента к традиционной, сплошной, снижая эффект «бегущего контакта».
Варианты некругового профиля рабочей поверхности инструмента и изменение формы зоны контакта инструмента и детали представлены на рис.1. Как показывает анализ следов обработки, формирующихся на шлифованной поверхности, обработку сборным торцовым АИ можно отнести, по аналогии конфигурации следов, к обработке аксиально-смещенным инструментом по методу «бегущего контакта» [2]. Применение такой конструкции путем изменения величины смещения оси детали относительно оси инструмента позволяет переходить в процессе обработки от эффекта «бегущего контакта» к «непрерывному» шлифованию с получением микрорельефа, имеющего пересекающиеся следы обработки, что весьма важно для повышения эксплуатационных свойств изделия.
Рисунок 1- Схема расположения рабочих элементов сборного торцового АИ и вид зон контакта в зависимости от количества элементов n и смещения s осей инструмента и изделия: 1-контур рабочей поверхности АИ,
2 – зона контакта, 3 – следы контакта, 4 - необработанные участки
Заметим, что величина смещения осей будет оказывать влияние на точность формы поперечного сечения обработанной цилиндрической поверхности, поскольку перемещение зоны контакта оставляет необработанные участки поверхности изделия. Так как перемещение зоны контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью при вращении инструмента происходит вдоль оси изделия, то величина погрешности будет неравномерна по длине контакта инструмента с изделием. Неравномерность распределения отклонения от круглости вдоль зоны контакта учитывается коэффициентом k локальной полноты контакта в каждом сечении. При этом, как показывает анализ процесса контакта - рис.2, коэффициент k – локальной полноты контакта зависит как от конструкции инструмента, так и от условий обработки:
,
где b, R, n – ширина абразивных элементов, радиус описывающей окружности, количество абразивных элементов соответственно;
h, x – соответственно величина смещения осей и положение рассматриваемой точки в пределах длины зоны контакта.
Из рис.2 следует, что
,
где ψ = 3600/n; α = 1800 – β – γ.
Рисунок 2- Схема определения коэффициента локальной полноты контакта
Из ∆ EFG
, откуда 
,
где 
.
Текущее значение координаты Х меняется в пределах от т.Y до т.Z
тогда
 |
и в итоге получаем
Отклонение от круглости ∆, формирующееся при обработке сборными абразивными кругами (САК), работающими периферией и предлагаемым инструментом представлено в таблице.
Таблица - Погрешность обработки в зависимости от количества режущих элементов сборного торцового АИ и величины смещения осей круга и изделия
|
Параметр |
Погрешность обработки, ∆, мкм |
|||
|
Количество режущих элементов |
n = 2 |
n = 3 |
n = 4 |
n = 5 |
|
САК (по Гусеву В.Г.[3]) |
17,0 |
8,0 |
4,5 |
3,0 |
|
Величина смещения осей |
a = 0 % |
a = 3 % |
a = 60 % |
a = 90 % |
|
Сборный торцовый АИ |
22,0 |
7,0 |
1,4 |
0,016 |
|
Условия обработки: Rзаг = 34,75 мм; Rкр = 25 мм; для сборного торцового АИ: Rкрн = 30 мм, Rкрв = 20 мм; S = 2 мм/мин; ωзаг = 20,9 с-1; ωкр = 1046,7 с-1. |
||||
Таким образом, изменяя параметры настройки станка и конструктивные элементы инструмента можно управлять степенью прерывистости обработки, и, соответственно, качеством поверхностного слоя и точностью формы обрабатываемого изделия, что свидетельствует о широких технологических возможностях предлагаемого инструмента. Исследования, проведенные в промышленных условиях, подтвердили полученные теоретические результаты.
Литература
1. Степанов Ю.С. Обеспечение качества поверхностного слоя при абразивной обработке кругами с продольно-прерывистым аксиально-смещенным режущим слоем / Ю.С. Степанов, М.Г. Подзолков // Актуальные проблемы машиностроения: Материалы I междунар. научн. –техн. конф. Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2002. - С. 124 … 127
2. Сборный торцошлифовальный круг. Пат. 2249500, Россия, МПК7 В 24 D 7/06, Липецкий гос. тех. ун-т / Козлов А.М., Пономарев О.А., Ефремов В.В., Заявка 2003103827/02, 10.02.2003, Опубл. 10.04.2005. Бюл. № 10
3. Гусев В.Г. Формирование поверхностей вращения в процессе дискретного шлифования сборными абразивными кругами / В.Г. Гусев // Вестник машиностроения. – 1993. - № 10. - С. 20-27